液位模糊控制系统设计的应用.doc
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《液位模糊控制系统设计的应用.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《液位模糊控制系统设计的应用.doc(6页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、液位模糊控制系统设计的应用Application of De ign of Fuzzy Level Control Sy tem丁肇红(上海应用技术学院机电分院,上海)摘要采用S7 - 300 可编程序控制器设计了一个模糊控制器,将控制器的模糊输出反模糊化后作为实际输出控制调节阀的开度,使中位水箱的液位达到给定值,直接利用控制经验知识使得控制品质达到良好要求。关键词模糊反模糊化模糊控制器模糊输入模糊输出Abstract A fuzzy controller is designed by adopting S7 - 300 programmable controller. The fuzzy o
2、utput of the controller is defuzzied as practical output to controlvalve opening and make the water level in tank to meet the set point. By using control experience and knowledge directly,excellent requirement of controlquality is reached.Keywords Fuzzification Defuzzification Fuzzy controller Fuzzy
3、 input Fuzzy output0 引言传统的自动控制有一个共同的特点,即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型基础上1。但是在实际工业生产中,系统的影响因素往往很多,十分复杂,而且大多数实际系统都是非线性的,建立精确的数学模型特别困难。基于这种情况,模糊控制就显得意义重大。因为模糊控制不用建立数学模型,根据实际系统的输入输出结果数据,参考现场操作人员的运行经验就可对系统进行实时控制。因此利用模糊控制思想来设计液位控制系统将更直接,更有效,是非线性控制的一种更有力的控制手段。模糊控制技术日趋成熟和完善2 3,各种模糊控制产品也充满了日本、西欧和美国等市场4。本文设计的自调整模糊
4、控制器已成功应用于实际的液位控制系统且在运行半年时间中取得了良好的控制效果。1 液位模糊控制系统结构我们的过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象,集自动化仪表技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置,包括流量、温度、液位、压力等热工参数。过程控制系统的被控对象包括上位水箱、中位水箱、下位水箱,控制装置有传感器、调节阀、交流变频器、流量传感器、调节器等。本文所论述的液位模糊控制系统构造如下:被控双容对象为上位水箱和中位水箱;采用液位传感器扩散硅压力变送器感测上位水箱和中位水箱液位,仪表变送器通电预热后分别在零压力和满量程压力下检查输出电流值。在零压力下调整零点电位器,使
5、输出电流为4mA,在满量程压力下调整量程电位器,使输出电流为20mA。传感器精度为0.5 级。因为二线制,故工作时需提供24V 直流电源;采用电/ 气动调节阀作为执行机构,其输入信号气动为(0.02 0.1)MPa,电动为0 10、4 20mA(带电/ 气阀门定位器);控制器的硬件选用S7 - 300 可编程控制器。该液位模糊控制系统框图如图1 所示。图1 液位模糊控制系统框图2 模糊控制器设计2.1 输入设计定义中位水箱的液位测量值与液位给定值偏差E作为模糊输入,并将E 模糊化。根据实际的液位情况定义偏差的最小值为- 1000mm,最大值为1000mm(即最大正负偏差为1000mm)根据隶属
6、函数遵循的基本原则5设置重叠范围为120mm,附近模糊隶属度函数的范围为360mm,则根据公式重叠率= 重叠范围 附近模糊隶属度函数为范围得出重叠率为0.33,这样的控制效果好且曲线平滑。据此设计了7 个模糊子集及隶属函数负偏差非常大(Nvig),隶属函数为梯形( -1000,- 1000,- 360,- 240);负偏差较大(Nmid),隶属函数为三角形( - 360,- 240,- 120);负偏差较小39液位模糊控制系统设计的应用丁肇红(Nsmall),隶属函数为三角形( - 240,- 120,0);偏差为零(Zero),隶属函数为三角形( - 120,0,120);正偏差较小(Psm
7、all),隶属函数为三角形(0,120,240);正偏差较大(Pmid),隶属函数为三角形(120,240,360);正偏差非常大(Pbig),隶属函数为梯形(240,360,1000,1000)。模糊变量E 的隶属函数如图2 所示。图2 模糊变量E 的隶属函数2.2 输出设计模糊控制器的输出是给阀门的开度u,阀门开度的变化间接控制中位水箱的液位高度。根据实际现场调试中的情况可知,如果设置过多的模糊输出子集,将使曲线的上升/ 下降过程过于平缓,达到液位给定值的响应时间过长。考虑到液位控制的特性,经过反复试验设计了Open = 0%、Equal = 72%和Cpose = 100%这3个模糊子集
8、,对应有3 个隶属度函数,这样运行后的曲线跟踪性能更好,能更快速达到液位给定值。由于调节阀采用的是气闭阀,所以最小值为0%(全开),最大值为100%(全关)。即: u 是Open 时对应0%,输出4mA,对应调节阀的工作气压为0.02MPa; u 是Equal 时对应72%,输出15.52mA,对应调节阀的工作气压为0.0776MPa; u 是Close 时对应100%,输出20mA,对应调节阀的工作气压为0.1MPa。模糊变量u 的隶属函数如图3 所示。图3 模糊变量u 的隶属函数2.3 模糊控制规则确定当偏差为正的时候,即测量值大于给定值时,要求阀门开度变小,使中位水箱的进水量小于出水量,
9、液位降低;当偏差为负的时候,即测量值小于给定值时,要求阀门开度变大,使中位水箱的进水量大于出水量,液位下升。根据经验和试验对象的控制过程知识,经过反复研究与实验建立了模糊控制规则如下:若E 为负偏差非常大(Nbig),则u 为Open +1| E| ;若E 为负偏差较大(Nmid),则u 为Open +1| E| ;若E 为负偏差较小(Nsmall),则u 为Open +|E| ;若E 为偏差为零(Zero),则u 为Equal;若E为正偏差较小(Psmall),则u 为Close -| E| ;若E 为正偏差较大(Pmid),则u 为Close -2| E| ;若E 为正偏差非常大(Pbig
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 模糊 控制系统 设计 应用
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内